Определение уровня суставной щели коленного сустава: обсервационное исследование



Растущие возможности методов визуализации структур опорно-двигательного аппарата позволяют эффективно диагностировать патологические изменения в динамике их развития. Для коленного сустава (КС), как одного из наиболее подверженных различным заболеваниям, деформациям и травмам, это имеет большое значение. Рентгенологические методы диагностики уже давно стали рутинными, а возможности МРТ и КТ диагностики постоянно совершенствуются и диагностическая роль исследуется и уточняется [1, 2].

В клинической практике эндопротезирования коленного сустава все большее значение придается уровню суставной щели, что имеет большое значение при первичных и ревизионных оперативных вмешательствах. Внимание этим вопросам уделяется в отечественной [3, 4, 5] и иностранной литературе [6].

Наиболее важной и сложной задачей при тотальном эндопротезировании коленного сустава (ТЭКС) является сохранение нормальной линии сустава (JL) [7, 8]. Высокая или низкая дистальная резекция бедренной кости может привести к смещению линии сустава и высокому или низкому стоянию надколенника, что может привести к неблагоприятным клиническим результатам, неправильной траектории движения надколенника в пателло-феморальном сочленении, возникновению деформации надколенника и болевому синдрому [9, 10].

Ошибка на 4–8 мм от нормального положения JL может вызвать слабость разгибательного аппарата, ограничение объема движений в КС, послеоперационной боли и преждевременному износу компонентов эндопротеза, что потребует выполнения ранней ревизии [11–14].

Изучены некоторые анатомические ориентиры КС, такие как приводящий бугорок, медиальный и латеральный надмыщелки, измерены абсолютные расстояния от данных ориентиров до JL, рассчитана корреляция данных показателей с полом, ростом или расой пациентов [15], как в абсолютных так и относительных соотношениях с шириной бедренной и большеберцовой костей [16]. Однако, выявить статистически значимые результаты не удалось, а также не удалось определить наиболее точный метод визуализации суставной щели коленного сустава.

Целью исследования явилось определение уровня суставной щели коленного сустава путем проведения антропологического исследования здоровых людей обоего пола, разного возраста, сравнение точности измерения линии суставной щели коленного сустава различными методами и определить статистические закономерности определения данного показателя в зависимости от различных анатомических ориентиров.

Материалы и методы

Были отобраны 60 стандартных компьютерных томографий (мультиспиральный компьютерный объемный томограф Toshiba Aquilion One 640-срезов) коленного сустава у 60 пациентов (27 мужчин и 32 женщины) средний возраст 43.1±13.4 лет (мин. 23 лет, макс. 75 лет) и МРТ исследования 273 коленных суставов (MР-томограф Siemens Magnetom Verio 3.0 T) у 273 пациентов (101 мужчина и 172 женщины) средний возраст 46.1±15.9 лет (мин. 20 лет, макс. 82 лет). Исследование проведено в клинике травматологии, ортопедии и патологии суставов ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет) с января 2018 г. по июль 2020 г. КТ и МРТ исследования проводились с диагностической целью, пациенты давали согласие на исследование до включения в исследование, никакая информация кроме пола и возраста пациента не собиралась и не могла быть использована для идентификации личности. Исследование было одобрено локальным этическим комитетом ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет) (№ 2341 от 16.10.2018 г.).

В исследование не включали пациентов с грубыми дегенеративными изменениями коленного сустава (степени 2 и более по классификации Kellgren-Lawrence), переломами и последствиями переломов бедренной и большеберцовой костей, повреждениями коллатеральных связок и разгибательного аппарата коленного сустава, вывихами или подвывихами надколенника или большеберцовой кости. Данные изображений были получены из системы (PACS), измерения выполнялись рентгенологами, не участвующими в исследовании, в программе RadiAnt DICOM Viewer 2020.2.

Анализ и измерения КТ и МРТ сканограмм проводили в трех плоскостях (проекциях): фронтальной, сагиттальной и аксиальной.

Анатомическими ориентирами были, приводящий бугорок бедренной кости (АТ), медиальный (ME) и латеральный надмыщелки бедренной кости (LE), большеберцовый бугорок (TT), головка малоберцовой кости (FH) и нижний полюс надколенника (РР) (рис. 1 и 2). Данные точки определяли следующим образом: приводящий бугорок (AT) — это костный выступ на медиальном мыщелке бедренной кости, расположенный выше медиального надмыщелка; латеральный надмыщелок (LE) - наиболее выступающая костная точка бедренной кости, от которой берет начало боковая коллатеральная связка; медиальный надмыщелок (ME) - самая медиальная точка на бедренной кости, от которой берет начало медиальная коллатеральная связка.

На сагиттальной проекции коленного сустава определяли верхний и нижний полюса надколенника, точку места прикрепления собственной связки надколенника для определения индекса Insall-Salvati (IS - соотношение между длиной сухожилия надколенника (TL) и длиной надколенника (PL)) [17]; и индекс Caton-Deschamps (CD), который определяется как соотношение длины суставной поверхности надколенника (AP) (между проксимальной и дистальной точками суставной поверхности надколенника) к расстоянию от дистальной точки суставной поверхности надколенника до верхней границы большеберцовой кости (АТ) (рис. 1 е и рис. 2 е) [18].

Линию коленного сустава (JL) строили в фронтальной (JL) и сагиттальной (JLс) проекциях, как касательную, которая соединяет две наиболее дистальные точки мыщелков бедренной кости. При измерениях в фронтальной плоскости линию сустава мы назвали дистальной (DJL), которая соответствует линии коленного сустава при полном разгибании ноги. При измерениях в аксиальной проекции линию сустава мы назвали задней (PJL), которая соответствует линии коленного сустава при сгибании коленного сустава под углом 90º.

Ширина бедренной кости (FW) — это расстояние между ME и LE в фронтальной плоскости (рис. 1 а и рис. 2 а). Ширина большеберцовой кости (ТW) — это диаметр большеберцовой кости на уровне большеберцового бугорка (TT) в сагиттальной плоскости, перпендикулярно диафизу большеберцовой кости. (рис. 1 г и рис. 2 г).

а

б

в

Рис.1. КТ анатомические ориентиры и линии: а и б – фронтальные проекции; в- аксиальная проекция; г, д и е - сагиттальные проекции.

После построения точек и линий мы измеряли длину отрезков:

LEDJL – отрезок от точки латерального надмыщелка до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в фронтальной проекции;

MEDJL - отрезок от точки медиального надмыщелка до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в фронтальной проекции;

ATDJL - отрезок от точки приводящего бугорка медиального надмыщелка до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в фронтальной проекции (рис. 1 а и рис. 2 а);

FHJLс - отрезок от точки вершины головки малоберцовой кости в до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в сагиттальной плоскости (рис. 1 б и рис. 2 б);

LEPJL - отрезок от точки латерального надмыщелка до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в аксиальной проекции;

MEPJL - отрезок от точки латерального надмыщелка до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в аксиальной проекции;

ATPJL - отрезок от точки приводящего бугорка медиального надмыщелка до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в аксиальной проекции (рис. 1 в и рис. 2 в);

PPDJL - отрезок от точки нижнего полюса надколенника до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в сагиттальной проекции;

ТТJL – отрезок от точки большеберцового бугорка до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в сагиттальной проекции (рис. 1 г и рис. 2 г);

FHJL - отрезок от точки вершины головки малоберцовой кости до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в сагиттальной проекции (рис. 1 д и рис. 2 д).

абв

г

е

Рис.2. МРТ анатомические ориентиры и линии: а и б – фронтальные проекции; в- аксиальная проекция; г, д и е - сагиттальные проекции.

Результаты

Абсолютные величины длины измеренных отрезков между каждым из анатомических ориентиров и линией коленного сустава по результатам компьютерной томографии пред- ставлены в таблице 1. Все абсолютные значения измеренных величин за исключением PPDJL (p = 0,832), были статистически значимы и имели различия между полами (P <0,05; таблица 1). Статистической разницы по возрасту отмечено не было (р=0.267).

Таблица 1

Показатели исследования результатов компьютерной томографии

Показатель	Общие (n=60)	Мужчины (n=23)	Женщины (n=37)	p
ВОЗРАСТ	43.067±13.42	40.609±12.168	44.595±14.086	0.267
ATDJL	43.005±2.106	44.4±1.813	42.138±1.801	<0.001
MEDJL	27.682±1.873	29.052±1.607	26.83±1.492	<0.001
LEDJL	22.468±1.467	24±1.469	21.516±1.654	<0.001
TTJL	27.413±3.315	29.322±2.419	26.227±3.266	<0.001
FHJL	17.547±2.829	18.474±2.88	16.97±2.676	0.044
MEPJL	27.657±1.905	29.091±1.696	26.765±1.435	<0.001
LEPJL	22.503±2.118	23.909±1.597	21.63±1.937	<0.001
PPDJL	10.681±3.193	10.793±2.993	10.611±3.351	0.832
ATPJL	43.04±2.105	44.457±1.824	42.159±1.774	<0.001
FW	77.92±6.452	84.43±3.83	73.873±3.916	<0.001
TW	43.138±3.627	45.33±2.872	41.776±3.398	<0.001
FHJLc	24.738±3.609	23.457±3.707	25.535±3.353	0.029

* - среднее значение (MS) ± средняя ошибка (SD)

При проведении таких же исследований при МРТ также абсолютные величины длины измеренных отрезков между каждым из анатомических ориентиров и линией коленного сустава по результатам магнитно-резонансной томографии представлены в таблице 2. Все абсолютные значения измеренных величин за исключением PPDJL (p = 0,261), были статистически значимы и имели различия между полами (P <0,05; таблица 2). Статистической разницы по возрасту отмечено не было (р=0.168).

При этом при КТ и МРТ исследованиях статистические значения измеренной длины отрезков не зависели от проекции, пола и возраста, однако данные компьютерной томографии показали большую точность измерений, что важно данное исследование возможно применять при наличии протеза после операции.

При проведении линейного регрессионного анализа расстояния от различных анатомических ориентиров по отношению к линии коленного сустава выявили слабую линейную зависимость измеренных величин за исключением расстояния TTJL (R ² = 0.03 при р=0.004) отрезка от точки большеберцового бугорка до точки пересечения перпендикулярной линии с линией коленного сустава в сагиттальной проекции, в остальных измерениях, выполненных на сканограммах МРТ линейная зависимость была слабая, при высокой статистической значимости результатов, данные представлены на рис. 3.

При линейном регрессионном анализе данных компьютерной томографии отношения измеренных параметров к уровню линии коленного сустава линейные взаимоотношения величин были слабые, кроме отношений между FHJL и LEDJL (R2 = 0.069 при р=0.043) и TW (R2 = 0.077 при р=0.031), которые можно оценить как положительные, в остальных случаях отрицательные с высокой степенью статистической значимости.

Таблица 2

Показатели исследования результатов магнитнорезонансной томографии

Показатель	Общие (n=273)	Мужчины (n=101)	Женщины (n=172)	p
ВОЗРАСТ	46.066±15.944*	44.327±14.89	47.087±16.489	0.168
ATDJL	43.358±3.828	45.434±2.79	42.139±3.837	<0.001
MEDJL	27.929±2.524	29.715±2.235	26.88±2.054	<0.001
LEDJL	22.101±2.167	23.714±1.774	21.154±1.787	<0.001
TTJL	28.153±3.383	29.707±3.589	27.24±2.9	<0.001
FHJL	16.792±2.821	18.106±2.808	16.02±2.535	<0.001
MEPJL	27.892±2.832	29.86±2.916	26.737±2.038	<0.001
LEPJL	22.09±2.417	23.652±2.106	21.172±2.1	<0.001
PPDJL	11.405±3.579	11.723±3.814	11.218±3.431	0.261
ATPJL	43.225±2.943	45.252±2.754	42.035±2.343	<0.001
FW	78.318±6.585	84.772±4.763	74.582±4.082	<0.001
TW	42.206±4.42	45.646±3.829	40.187±3.379	<0.001
FHJLc	24.106±3.575	25.935±3.761	23.032±2.988	<0.001

* - среднее значение (MS) ± средняя ошибка (SD)

Данные линейного регрессионного анализа показателей в аксиальной плоскости имели идентичные значения и степень достоверности. Таким образом по данным регрессионного анализа наиболее точным следует считать компьютерную томографию с определением расстояния от головки малоберцовой кости, с которыми наиболее выраженная корреляция с расстоянием от латерального надмыщелка и шириной большеберцовой кости в сагиттальной проекции.

Обсуждение

Восстановление нормального уровня коленного сустава (JL) необходимо для любого первичного и ревизионного ТЭКС, решение по-прежнему не найдено, как правильно определять линию коленного сустава по данным КТ или МРТ [19].

Интраоперационно при первичной операции, хирург может оценить нормальное положение JL в зависимости от толщины дистальной остеотомии бедренной кости, но если суставы значительно деформированы или это ревизионное вмешательство, когда нормальная анатомия изменена, поэтому просто построить касательную линию медиального и латерального мыщелков бедренной кости в качестве JL не представляется возможным. Ориентироваться на положение первичного бедренного компонента протеза интраоперационно нецелесообразно по причинам расшатывания, что происходит достаточно часто [20].

Отношение показателей FHJL/	МРТ (n=273)	КТ (n=60)
ATDJL	, ^sW^e^-. '                                   0                                                о ^                                                                                R'=0.0 38 10                 15      FHJL      20                 25	s -                                              R2=0.01 ф                 Р=0.439 10                  15                  20                  25 FHJL
MEDJL	0       °                  0 О 0 О ° .   -Л-я                 - ° ° ° „              =           я'тйиг ,                                                Р<0.001 10                  15                 20                 25 FHJL	S -        °                                     R2=0.04 Р=0.127 10                  15                  20                  25 FHJL
LEDJL	” "     RiiO.113 P О         •          О * - ° 4л а     ” 1   » °О _ о * В      °                   ’         ° ° я ®оао ® о 5     8 Чц е о 8 ^««8' &   °*8о °8ео о о     °й S"          6 оО1^ »%о|е О В»° °   о ° 10                 15                 20                 25 FHJL	»                                         R2=0.069 ® -         »                                       Р=0.043 10                 15      FHJL      20                 25
TTJL	=! ° -         °     °°° ^оРс® . J О e °  0 °- *  °    я В 8 °еоо #>°=      о-= ------ ° 0.                   Q        ° ^           ” %                    •"•••' =■      ° ° °               ОО 10                  15      FHJL      20                 25	R2=0.001                           6 Р=0Л5б         »о                • 10                  15                  20                  25 FHJL
MEPJL	Ю      Rj=0.076 Р<0.001                  6 "^^Г^^р^ТХ?. „ г-о 1'о                   15       FHJL       20                   25	ш                  о°—=—оф °®    ’    е     °     ° °                 R2=0.056 Р=0.069 10                  15      FHJL      20                  25

LEPJL	« "    RJ=0.105 P<0.001 ~>                 о       а Ъ     C 0g°     ° -°o      0  °             о UD _                        о              л a Oo „ „           a       _ r. Ш04                * » 8   » 8» 6 % о о 6 о о    "_^- -1      °       *  ^ e       "-"^  » oo    ° - • . 10                   15                   20                  25 FHJL	-          OOP R2=0.041 oo °                                                    P=0.121 10                  15       FHJL      20                  25
PPDJL	”      R2=0.039 P=0.001                                                                о Q                  о» о      °     0 »°              c d£-                a    ^ 8Ю«. £,   ^«t о ° о о      6 о   % s^ti^st^^    °  0 8» .    °3|?8у .         % - . . " "            о о&      р О       ° % °      ” 10                  15       FHJL      20                  25	”"                                   R2=0.027 »                     P=0211 10                   15       FHJL      20                  25
ATPJL	Р< 0.001                                   о ю "                                         о        о О 6         о                    о ° О                 °о 8 , о 0 ° о°     о о         ° Н             ° °  ™“ ®о8 "w о О » 6°о   8 ° о         -- <        о 0     са     8 о # °# ° °о°°%% ■+                о °0 ° о     с в    о в о               о 10                  15      FHJL      20                  25	R2=0.016 = .                                               P=0.333 10                 15      FHJL      20                25
FW	° "                    0    ° ° 8 ° ° о1 V ° 6    ° о » о 0° 0                »                  6 8  8 о    ° °             0 0          00   Р О   О =С°         °    ==°°    ° °            О ° o °      *0 °*       °™°          0 °°8b ^ ° %bi®o’a=* 6    °o9 a»       e о             0a ”              »'tec 8     °         ° о ° =»"» o^c^o 8 %                        ° 10                  15                  20                  25	= . °      °             0 ’     ° ° eo о      R2=0.007 P=0.519 10                   15                  20                   25 FHJL
TW	Ю R2=0-205                                  6      o       e6 P<0.001                              g     6 1   6 9"   . ‘ «'.VIS . =                 # 10                 15      FHJL      20                 25	5 -      „              o              ° ° ° s"                     °                       R2=0.077 °                  P =0.031 10                   15       FHJL      20                  25

Рис. 3. Результаты сравнения линейного регрессионного анализа исследования между МРТ и КТ.

Поэтому использование анатомических ориентиров для определения положения JL широко применяется в клинической практике. Ориентиры можно разделить на два типа: костные ориентиры и ориентиры мягких тканей. Ориентиры мягких тканей, такие как рубец на мениске, могут быть разными и не столь отчетливыми во время операции [21], тогда как костные ориентиры более надежны во время операции. Наиболее часто используемые костные ориентиры — это приводящий бугорок, медиальный и латеральный надмыщелки, бугорок большеберцовой кости, головка малоберцовой кости и нижний полюс надколенника [22, 23, 24].

Хирурги могут оценить эти ориентиры на томограммах КТ или МРТ исследований до операции или пальпацией во время операции. Это хорошо работает если контралатеральное колено не изменено, но использование этого метода ограничено, когда невозможно найти изображения предыдущих обследований. Некоторые хирурги доверяют своим правилам: «два пальца от бугорка большеберцовой кости», «20 мм над головкой малоберцовой кости» или «на уровне нижнего полюса надколенника в положении разгибания». Однако, учитывая то, что небольшие изменения в позиции JL могут привести к гораздо худшим результатам, делает эти правила недостаточно надежными для широкого использования [25, 26, 27].

Таким образом, становятся понятными стремления хирургов к точным методам, которые можно применить к большей части коленных суставов, для достижения этой цели во многих исследованиях измеряли абсолютные расстояния от достаточно четких ориентиров до уровня суставной щели, которые можно определять на томограммах и интраоперационно, но их результаты показали большую вариабельность в зависимости от возраста, пола, массы тела индексы и расы [16, 23, 24].

Одним из наиболее надежных считается AT - точка прикрепления приводящей мышцы, которая не изменяется во время повторных операций. Iacono et al. впервые использовали AT в качестве ориентиров для определения JL, продемонстрировали его повторяемость и точность до операции и интраоперационно [23].

Другие авторы предлагают для этих целей верхушку головки малоберцовой кости FH, которая может быть точным ориентиром для определения JL [24]

Регрессионный анализ, основанный на наших данных, показал, что наиболее точным следует считать компьютерную томографию с определением расстояния от головки малоберцовой кости, с которыми наиболее выраженная корреляция с расстоянием от латерального надмыщелка и шириной большеберцовой кости в сагиттальной проекции.

Проведенное нами исследование имеет некоторые ограничения и недостатки, мы не проводили сравнительный анализ анатомических измерений на противоположной конечности, отбор пациентов был не идеален, в силу определенных причин нам не удалось провести сравнение результатов исследований КТ и МРТ исследования на одной выборке пациентов, тем не менее наши данные подтвердили основные тенденции, выявленные в работах других авторов, что говорит о высокой актуальности исследования и необходимости проведения дальнейших исследований.

Вывод

Уровень линии коленного сустава по компьютерной томографии, измеренный от головки малоберцовой кости в фронтальной плоскости, можно оценить как достоверный и надежный ориентир для определения местонахождения нормальной линии коленного сустава с высокой степенью статистической значимости.